点击化学及量子点电化学发光在生物传感器中的应用

摘要

点击化学(Click chemistry)主要是通过小单元的拼接，根据研究的需要快速可靠地合成特定的物质。其中，亚铜离子催化的叠氮-炔基Husigen环加成反应(Cu+-Catalyzed Azide-Alkyne Cycloaddition，CuAAC)是最为典型的点击化学反应。在催化剂亚铜离子的存在下，CuAAC迅速发生反应，并且其反应条件温和，对催化剂具有专一性，产物杂质少，产率高，操作简单。DNA模板有机合成反应是通过DNA特殊的结构性质来调控有机合成反应，把有机化学反应与生物化学有效的结合在一起，大大提高了有机化学反应的效率。氧化石墨烯是一个单层的二维碳纳米材料，其拥有很强的荧光淬灭能力，并且对单链DNA的吸附能力远远强于对双链DNA的吸附能力。荧光分析技术一直是一种应用广泛的可靠的分析技术。量子点因其具有发光量子产率高、激发谱线宽、发射谱线窄、粒径与生物分子相近、表面的多功能化修饰等特点而成为研究领域最具吸引力的发光体之一。量子点电化学发光技术是一种灵敏度很高的检测手段，被认为是一种极具应用潜力的新型分析技术。
　　 基于以上论述，本文开展了以下几个方面的工作:
　　 1.基于DNA模板化亚铜离子催化的点击化学反应，建立了一种特异性检测二价铜离子的荧光方法。通过二价铜离子诱导的点击化学反应和链取代反应转换DNA结构，利用氧化石墨烯对单链DNA和双链DNA的选择性吸附使荧光信号发生变化，提出了一种新的信号传递方式来检测二价铜离子。此体系通过一系列实验的设计，探究了二价铜离子传感器机理并获得了该方法的最优实验条件，实现了在0.1-10μM线性范围内有效检测二价铜离子。相比其他基于亚铜离子催化的点击化学反应的铜离子传感器，此方法具有时间短，检测限低，选择性好等优点。
　　 2.基于DNA模板化的点击化学反应，建立了一个识别G-四链体结构的二价铜离子荧光生物传感器。通过DNA模板并用亚铜离子催化叠氮-炔基的点击反应连接DNA，在K+诱导下DNA形成G-四链体。结晶紫与G-四链体结构结合后，其荧光大大增强。反之，无亚铜离子时，DNA无法形成G-四链体，结晶紫的荧光很弱。此方法不仅灵敏、可靠，而且在操作上简单、经济，无需复杂的DNA修饰。
　　 3.基于CdTe/ZnS量子点的电化学发光性质和碱性磷酸酶的去磷酸化作用，建立了一种新型的检测碱性磷酸酶的化学生物传感器。在此体系中，5'-脱氧胸腺苷酸(dTMP)在碱性磷酸酶的去磷酸化作用下脱磷酸根离子生成脱氧胸苷。实验表明，磷酸根离子(PO43-)在碱性缓冲条件下能淬灭CdTe/ZnS量子点的电化学发光，而5'-脱氧胸腺苷酸(dTMP)和脱氧胸苷均不影响CdTe/ZnS量子点的电化学发光。因此碱性磷酸酶的浓度与CdTe/ZnS量子点的电化学发光强度存在反比例关系，有效探究出了一种基于CdTe/ZnS量子点电化学发光的碱性磷酸酶传感器。此方法采用一种的新型的电化学发光法检测碱性磷酸酶，检测限低，检测速度快。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 点击化学研究进展

1．1．1 点击化学的特点

1．1．2 点击化学反应类型

1．1．3 点击化学的应用

1．2 DNA模板指导的有机合成反应

1．3 电化学发光研究进展及特点

1．3．1 电化学发光研究进展

1．3．2 电化学发光的特点

1．4 量子点电化学发光

1．5 本文构思

第2章 基于DNA模板的点击化学反应和氧化石墨烯的荧光方法检测二价铜离子

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂

2．2．2 DNA杂交

2．2．3 氧化石墨烯预处理

2．2．4 变性聚丙烯酰胺凝胶电泳表征点击化学反应产物

2．2．5 原子力显微镜表征氧化石墨烯

2．2．6 荧光检测

2．3 实验结果与讨论

2．3．1 基于DNA模板化的点击化学反应和氧化石墨烯的生物传感器的检测原理

2．3．2 由亚铜离子催化DNA模板化点击化学反应诱导的荧光淬灭反应机理探讨

2．3．3 Cu2+传感器的实验条件优化

2．3．4 定量检测Cu2+

2．3．5 Cu2+生物传感器的选择性

2．4 本章小结

第3章 基于DNA模板化的点击化学反应产生的G-四链体结构的二价铜离子荧光探针

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂

3．2．2 DNA杂交

3．2．3 荧光检测

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 基于DNA模板化的点击化学反应产生的G-四链体结构的二价铜离子荧光探针的检测原理

3．3．2 基于DNA模板化的点击化学反应产生的G-四链体结构的二价铜离子荧光探针的机理探讨

3．3．3 Cu2+传感器的实验条件优化

3．3．4 定量检测Cu2+

3．3．5 Cu2+生物传感器的选择性

3．4 本章小结

第4章 用CdTe／ZnS量子点电化学发光法检测碱性磷酸酶

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 试剂

4．2．2 仪器

4．2．3 含锡的氧化锡(ITO)电极的预处理

4．2．4 电化学发光法检测碱性磷酸酶

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 用CdTe／ZnS量子点电化学发光法检测碱性磷酸酶原理

4．3．2 用CdTe／ZnS量子点电化学发光法检测碱性磷酸酶的电化学发光行为

4．3．3 CdTe／ZnS量子点电化学发光的缓冲液pH值对碱性磷酸酶传感器的影响

4．3．4 碱性磷酸酶与底物dTMP作用时间对碱性磷酸酶传感器的影响

4．3．5 碱性磷酸酶的定量检测

4．4 本章小结

结论

参考文献

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

致谢